重度抑郁症和高水平炎症患者的植物乳杆菌 PS128

1. 背景重度抑郁症 (MDD) 是一种复杂的长期疾病，涉及受影响患者的明显残疾。 它一直是全球疾病负担的主要原因之一，尤其是在中年群体中（GBD Lancet 2016；388：1603-58）。 它也是肠易激综合征、心血管疾病和癌症患者的常见合并症（Musselman 等人，1998 年；Spiegel 等人，2003 年；Whitehead 等人，2002 年）。 导致抑郁症及其合并症的机制尚不清楚，但可能与炎症过程有关。 荟萃分析表明，抑郁症患者的炎症标志物水平较高，例如 C 反应蛋白 (CRP)、白细胞介素 1 (IL-1)、白细胞介素 6 (IL-6) 和肿瘤坏死因子 (TNF) )-alpha（Dowlati 等人，2010 年；Howren 等人，2009 年）。 微生物群-肠-脑轴可能解释了 MDD 患者较高的炎症细胞因子。 现在积累的数据表明，肠道微生物群可以与中枢神经系统进行交流——可能通过免疫、神经和内分泌途径——从而影响大脑功能和行为（Cryan 等人，2012 年；Forsythe 等人，2016 年；Rogers 等人，2016 年）。 2016 年）。 益生菌被定义为一种活的有机体，当摄入足够的量时会产生健康益处，它可以影响肠道微生物群、脑神经化学、HPA 轴和炎症，并且可能是一类新型精神药物（Dinan 等人，2013 年）。

1.1 微生物群-肠-脑轴 下消化道含有近 100 万亿个微生物，其中大部分是细菌。 微生物群共同编码超过 330 万个非冗余基因，超过人类宿主基因组编码数量的 150 倍（Qin 等人，2010 年）。 许多微生物基因产物对宿主的新陈代谢和健康具有重要影响。

已有大量研究支持肠道微生物群与大脑之间的交流。 使用无菌 (GF) 动物的研究是显示微生物群与大脑之间关系的良好模型。 与具有正常肠道菌群的无特定病原体 (SPF) 小鼠相比，GF 小鼠表现出更多的运动活动和更少的焦虑行为。 在 GF 小鼠中观察到纹状体中多巴胺能和血清素能神经递质的转换增加（Diaz Heijtz 等人，2011 年）。 此外，与 SPF 小鼠相比，GF 小鼠表现出更高的促肾上腺皮质激素 (ACTH) 和皮质酮升高以响应约束刺激（Sudo 等人，2004 年）。 这表明肠道菌群可以影响宿主对压力的反应。

几项研究表明，肠道菌群的操纵可以影响宿主心理生理学的表现。 例如，高脂肪饮食 (HFD) 的摄入与微生物多样性的改变（Daniel 等人，2014 年）和突触可塑性降低（Liu 等人，2015 年）有关。 HFD 还会增加类似焦虑的行为（Sharma 等人，2013 年）。 与控制饮食微生物群的小鼠相比，给予 HFD 微生物群的成年雄性 C57BL/6 小鼠在探索、认知和刻板行为方面具有显着和选择性的破坏。 没有注意到体重的显着差异。 注意到 HFD 和正常饮食组之间肠道微生物群组成的差异（Bruce-Keller 等人，2015 年）。

施用抗生素是影响肠道菌群组成和改变宿主心理生理的另一种方式。 口服不可吸收的抗菌药物可短暂改变肠道微生物群组成，增加小鼠的探索行为和海马 BDNF mRNA 表达，但腹膜内给药对行为没有影响（Bercik 等人，2011 年）。 在一项人口研究中，抗生素暴露增加与抑郁和焦虑的风险相关（Lurie 等人，2015 年）。 因此，益生菌的给药可能是改变肠道菌群环境和组成，并观察其对宿主的生理影响的直接途径。

1.2 在动物研究中使用益生菌 动物研究表明，益生菌会影响焦虑和抑郁的心理生理指标。 Desbonnet 等人。未发现婴儿双歧杆菌治疗对幼稚大鼠第 3 天或第 14 天的游泳行为有显着影响。 然而，婴儿双歧杆菌治疗减弱了促炎性免疫反应并升高了色氨酸，表明这种益生菌可能具有抗抑郁特性（Desbonnet 等人，2008 年）。 在接下来的研究中，他们使用母体分离 (MS) 大鼠作为研究动物。 他们发现，与对照组相比，MS 大鼠在强迫游泳试验 (FST) 中游泳行为减少，不动性增加，大脑中去甲肾上腺素 (NA) 含量减少，外周 IL-6 释放和杏仁核促肾上腺皮质激素释放因子 (CRF) mRNA 水平增加大鼠（Desbonnet 等人，2010 年）。 婴儿双歧杆菌治疗导致免疫反应正常化、行为缺陷逆转以及脑干中基础 NA 浓度恢复。 这些变化与在西酞普兰组观察到的变化相当，表明某些益生菌益处与抗抑郁作用相似（Desbonnet 等人，2010 年）。 Liu 等人发现植物乳杆菌 PS128 (PS128) 可以改善 GF 小鼠的焦虑样行为，但不能改善抑郁样行为，并且显着增加纹状体中血清素和多巴胺的水平，但不会增加前额叶皮质和海马体中的水平（Liu WH 等人等人，2016 年）。 然而，在 MS 模型中，PS128 显着减少了类似抑郁的行为，但没有减少类似焦虑的行为。 PS128 显着减少了幼稚小鼠的焦虑样而非抑郁样行为。 它还降低了 MS 小鼠的炎症细胞因子 IL-6 水平并增加了抗炎细胞因子 IL-10 水平（Liu YW 等人，2016 年）。 PS128 对 MS 小鼠的心理生理学影响比对幼稚小鼠更明显，这表明益生菌给药可能对承受较高压力的小鼠的行为、神经化学和 HPA 的改变具有更强的影响。

1.3 MDD 患者的微生物群组成 由于肠道微生物群的组成改变了动物研究中的炎症、神经化学和行为，一些人类研究比较了 MDD 患者和健康对照者的肠道微生物群。 Naseribafrouei 等人。比较了 37 名抑郁和 18 名非抑郁参与者的肠道微生物群组成。 结果显示，在抑郁的参与者中，拟杆菌门数量过多，而毛螺菌科数量不足。 在低分类学水平上，Oscillibacter 和 Alistipes 与抑郁症有关（Naseribafrouei 等人，2014 年）。 Jiang 等人招募了 29 名活跃的 MDD (A-MDD)、17 名有反应的 MDD (R-MDD) 和 30 名健康对照 (HC) 并比较了他们的肠道微生物群。 他们发现，与 HC 组相比，A-MDD 组的粪便细菌 α 多样性有所增加，但 R-MDD 与 HC 组相比则没有。 与 HC 组相比，A-MDD 和 R-MDD 组的拟杆菌、变形菌和放线菌显着增加，而厚壁菌门显着减少。 MDD 组的肠杆菌科和 Alistipes 水平升高，但 Faecalibacterium 水平降低（Jiang 等人，2015 年）。 不仅重度抑郁症患者和健康对照者的肠道菌群组成存在差异，将重度抑郁症患者的粪便样本移植到小鼠体内也能在受体小鼠中诱发抑郁样行为。 受体小鼠肠道菌群的组成与人类宿主相似 (Zheng et al. 2016)。 这项研究支持肠道微生物组可能在抑郁样行为的发展中起因果作用。

1.4 人类研究中益生菌对情绪的影响 除了抑郁症受试者和非抑郁症受试者肠道微生物群分布的差异外，多项人体研究表明益生菌可能对情绪产生有益影响。 本顿等。证明使用益生菌（含干酪乳杆菌）牛奶 3 周的健康参与者与使用不含益生菌的牛奶的健康参与者之间的情绪变化没有显着差异，通过情绪状态概况测量。 然而，他们发现基线时情绪低落的人在使用含益生菌的牛奶后变得更好（Benton 等人，2007 年）。 穆罕默迪等人。还表明，参与者使用益生菌酸奶（含有嗜酸乳杆菌 LA5 和乳双歧杆菌 BB12）或益生菌胶囊（含有干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、保加利亚乳杆菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、嗜热链球菌）持续 6 周的人情绪有显着改善，通过 GHQ 和抑郁焦虑和压力量表测量，但那些使用传统酸奶的人在这些测量中没有显着变化。 在这三组中，HPA 轴指数（例如皮质醇和 ACTH）没有差异（Mohammadi 等人，2016 年）。 Messaoudi 的研究（参与者是健康志愿者）表明，益生菌（包含瑞士乳杆菌 R0052 和长双歧杆菌 R0175）给药可以改善参与者的情绪症状，通过 Hopkins Symptom Checklist-90 和 Hospital Anxiety and Depression Scale 测量，与那些相比使用安慰剂 (Messaoudi et al. 2011)。 对悲伤情绪的正常、短暂变化的认知反应增强是易患抑郁症的既定标志，被认为是干预的重要目标（Kruijt 等人，2013 年）。 Steenbergen 等人。发现在 4 周多物种益生菌给药后没有当前情绪障碍的参与者中，整体认知反应性显着降低，这主要是由于反刍和攻击性分量表减少所致。 因为他们使用的是非抑郁参与者，BDI 和 BAI 在干预后没有显着变化（Steenbergen 等人，2015 年）。 益生菌对情绪症状的疗效不仅体现在健康志愿者身上，也体现在临床受试者身上。 在患有慢性疲劳综合症的患者中，Rao 等人。发现与安慰剂相比，干酪乳杆菌给药 2 个月可以改善 BAI，但不能改善 BDI。 同时，干酪乳杆菌干预 2 个月后，粪便中的乳杆菌和双歧杆菌增加（Rao 等人，2009 年）。 Akkasheh 等人。给予多菌种益生菌，包括嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧双歧杆菌，或给予 MDD 患者 8 周的安慰剂。 他们发现多菌种益生菌可显着降低重度抑郁症患者的 BDI 评分（Akkasheh 等人，2016 年），但尚不清楚是哪种益生菌菌株发挥有益作用。

1.5 抑郁症中的童年创伤、炎症和肠道通透性 在动物研究中，早期生活压力，如母体分离、IL-6 水平升高和抑郁样行为增加（FST 不动时间增加）（Liu YW et al. 2016） . 最近的一项荟萃​​分析表明，童年创伤会导致成年后的促炎症状态（Baumeister 等人，2016 年）。 此外，童年创伤也增加了患抑郁症的风险（Norman et al. 2012）。 Meta 分析表明，MDD 患者的血清炎症细胞因子升高（Dowlati 等人，2010 年；Howren 等人，2009 年）。 导致 MDD 患者全身炎症的一种可能机制是由于肠道通透性增加（肠漏）引起的细菌易位。 图 2 显示了童年创伤、肠道通透性、炎症和抑郁症之间的关系。

每种微生物都具有微生物相关分子模式 (MAMP) 或病原体相关分子模式 (PAMP)。 从肠道泄漏的微生物会激活 MAMP 和模式识别受体，例如 Toll 样受体 (TLR)。 促炎细胞因子，如 IL-6、TNF-α，在一系列信号转导后从细胞中释放出来。

益生菌可能会影响肠道通透性。 HFD 衍生的肠道微生物群增加了肠道通透性、全身性炎症和脑部炎症（Bruce-Keller 等人，2015 年）。 一项体外研究表明，鼠李糖乳杆菌 GG 通过抑制 NF-kappaB 改善肠屏障功能障碍和炎症（Donato 等人，2010 年）。 施用法氏乳杆菌可以减轻部分约束大鼠的肠道通透性和炎症（Ait-Belgnaoui 等人，2012 年）。

Maes 的研究揭示了 MDD 患者肠道通透性增加的证据。 Maes 等人发现，MDD 患者血清 IgM 和 IgA 对革兰氏阴性肠杆菌 LPS 的中值显着高于正常志愿者，这表明肠道通透性增加导致革兰氏阴性菌群易位增加（Maes 等人） al. 2008；Maes 等人 2012）。 在酒精依赖患者中，通过放射性探针 51Cr-EDTA 测量的肠道通透性增加的患者比肠道通透性正常的患者具有更高的抑郁和焦虑评分。 肠道通透性增加的患者的微生物群组成和活性发生了变化（Leclercq 等人，2014 年）。

1.6 当前研究的基本原理 PS128 是由我们的合作 PI (Tsai YC) 在传统发酵食品腐菜中发现的，其基因组结构已经完成，并表明其潜在的免疫调节作用。 （Chao 等人，2009 年）。 植物乳杆菌通常被认为是安全的 (GRAS)。 PS128 可以降低 MS 小鼠的 IL-6 水平并增加 IL-10 水平，同时改善抑郁样行为（Liu YW 等人，2016 年）。 在目前的研究中，我们想研究 PS128 对心理生理学的影响，包括肠道微生物群的组成、肠道通透性和炎症、TLR 表达、血清细胞因子水平和 MDD 患者的抑郁症状。

Meta 分析表明，MDD 患者具有更高的炎症细胞因子（Dowlati 等人，2010 年；Howren 等人，2009 年），但只有一部分 MDD 患者具有更高水平的炎症。 例如，根据 hs-CRP > 3 mg/l 的高度炎症的定义（Pearson 等人，2003 年），MDD 患者中具有高度炎症的比例为 24%（Rapaport 等人，2016 年）和 45%难治性抑郁症患者的百分比（Raison 等人，2011 年）。 基线炎症水平可能影响治疗反应。 例如，与低基线炎症患者相比，高基线炎症患者对英夫利昔单抗（肿瘤坏死因子拮抗剂）（Raison 等人，2013 年）和 omega-3 脂肪酸（Rapaport 等人，2016 年）的治疗反应更好。 在 Raison 的研究中，对于基线炎症水平较低的患者，英夫利昔单抗对抑郁症状的影响比安慰剂差（Raison 等人，2013 年）。 因此，我们将招募 MDD 和高炎症水平的患者参与我们的 PS128 干预研究。

我们假设 PS128 可以 (1) 改变肠道菌群的组成； (2) 改善肠道通透性（通过粪便连蛋白水平测量）和炎症（通过粪便钙卫蛋白水平测量）； (3) 减少病原体转移到循环系统中，这将通过减少 TLR 表达来证明，(4) 减少 IL-6 和 TNF-α，以及 hs-CRP，并增加 IL-10 水平。 我们希望炎症水平的改善也能对抑郁症状产生有益影响。